CAPÍTULO 6 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA (LAYOUT) 1. INTRODUCCIÓN El diseño o disposición de una planta determina cómo está organizada la empresa para responder a las exigencias del mercado, obteniendo ventajas competitivas en calidad, productividad y utilización de recursos. La decisión de la distribución en planta comprende determinar la ubicación:
de los los departamentos. de las estaciones de trabajo. de las máquinas y equipos. de los puntos de almacenamiento.
El objetivo general es disponer estos elementos de manera que se asegure un flujo continuo del trabajo (en la fábrica) o un patrón específico de tráfico (servicios). Las entradas para la decisión de distribución en planta son:
Especificación de los objetivos objetivos del sistema en cuanto a salidas y flexibilidad.
Estimación de la demanda demanda de productos o servicios para el sistema.
Requisitos de procesamiento en número de operaciones y cantidad de flujo entre departamentos y centros de trabajo.
Disponibilidad de espacio en las instalaciones.
Todas estas entradas son el resultado de la selección de procesos y la planificación de la capacidad de planta. 1
2. CONCEPTOS DE MEDIDAS DE DESEMPEÑO 2.1. Tasa de salida (Throughput) La tasa de salida de un producto es el número promedio de unidades que se producen en el sistema de manufactura por unidad de tiempo. Puede variar en el tiempo, dependiendo de diversos factores como la composición de la producción o mezcla de productos. La tasa de salida nunca puede exceder a la capacidad de producción.
2.2. Inventario de material en espera (Waiting inventory) Consiste de las partes y componentes que están esperando para incorporarse a un proceso de ensamble, debido a que faltan algunas otras partes para continuar este proceso. Dos casos especiales de inventario de material en espera son los de insumos (que están esperando por una orden de producción) y los de productos terminados (que están esperando por una orden de compra y/o distribución).
2.3. Inventario de material en proceso (work in process) Es el inventario de partes y componentes que se están procesando entre el inicio y el final de una línea de producción. La diferencia entre este inventario y el de material en espera es que el material en proceso generalmente se acumula debido a la congestión del equipo de proceso, de manera que el inventario de material en proceso consiste de todos los materiales que se están procesando entre dos estaciones de almacenamiento de inventario de material en espera (ver figura 6.2.1).
FIGURA 6.2.1 INVENTARIO DE MATERIAL EN PROCESO
Stock de láminas
Estación de corte
Material en proceso Material en espera
Estación de estampado
Estación de acabado
Stock de tapas
2
2.4. Ciclo de manufactura (cycle time) Es el tiempo desde que se inicia el proceso de manufactura de un producto (parte o componente) hasta que se termina este proceso y coincide con el tiempo que este producto fue material en proceso.
3. CARACTERÍSTICAS DE UNA BUENA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA PL ANTA Operaciones de manufactura y de oficinas que no tienen contacto con el público:
Patrón de flujo en línea línea recta (o una adaptación). Retrocesos en el flujo mínimos. Tiempo de producción previsible. Poco almacenamiento de materiales entre etapas. Áreas de trabajo abiertas para que todos puedan ver lo que sucede. Operaciones cuello de botella en control. Estaciones de trabajo cercanas. Manejo y almacenamiento ordenado de materiales. No hay manejo innecesario de materiales. Fácil de ajustar a cambios en las condiciones.
Servicios de contacto directo:
Patrón de flujo de servicio servicio fácil de comprender. Instalaciones de espera adecuadas. Fácil comunicación con los clientes. Fácil mantenimiento de la vigilancia de los clientes. Puntos de entrada y salida señalados claramente y con capacidades de registro adecuadas. Los procesos y departamentos están dispuestos de manera que los los clientes solo pueden ver lo que usted quiere que vean. Equilibrado entre las áreas de espera y las áreas áreas de servicio. Movimiento de materiales y desplazamientos mínimos. No hay amontonamiento. Alto volumen de ventas por metro cuadrado cuadrado de instalaciones. instalaciones.
4. PASOS DE UN ESTUDIO DE DISEÑO DE PLANTA El diseño y disposición de una planta afecta significativamente su desempeño, así que debemos tener cuidado en la planeación del análisis. La secuencia de pasos necesarios para conducir un estudio de diseño de planta es la mostrada en la figura 6.4.1.
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FIGURA 6.4.1 PASOS DE UN ESTUDIO DE DISEÑO DE PLANTA Objetivos Estratégicos
Procesos y Actividades Actividades
Diagramas de Flujo
Requerimiento de espacio
Alternativas Alternativas de Disposición
Evaluación de Alternativas Alternativas
Selección de la Disposición
Implantación y Mantenimiento
4.1. Objetivos Estratégicos Un estudio de diseño de planta debe empezar considerando las estrategias de la empresa, las que deben ser apoyadas a través de las instalaciones adecuadas. Es necesario tomar en cuenta las estrategias de las áreas de mercadeo, manufactura, distribución, compras, manejo de materiales e informática, entre otras. Debemos considerar que un diseño de planta inadecuado puede imposibilitar la implantación de algunas estrategias de la empresa. Por ejemplo, un agresivo plan de mercadeo podría no conseguir el objetivo final de mayores ventas, si encontramos que no existe la capacidad de producción para atender la demanda, y que la expansión de la capacidad es retardada. El sistema de manejo de materiales debe considerar las unidades de volumen, los volúmenes de producción, el tipo de empaque y el nivel de automatización, entre otras consideraciones estratégicas. Similarmente, la disposición de la planta debe considerar el tipo de tecnología de proceso, tamaño de los lotes de producción, niveles de inventario de material en espera, restricciones de capital, estructura organizacional y nivel de servicio al cliente.
4.2. Procesos y actividades El segundo punto a considerar para el diseño de planta está constituido por las características de los productos que serán manufacturados y de los procesos que deben realizarse en la planta. Debemos tomar en cuenta los diagramas de diseño y de ensamble de los productos, la maquinaria, equipo y tecnología de proceso, y el nivel de flexibilidad que requerimos para innovar el diseño de nuestros productos, y variar nuestros volúmenes de producción. Esta información permitirá establecer las actividades que deben realizarse en la planta, y la forma en que deben ser conducidas. Para los propósitos del diseño de planta, las unidades de planeación no serán unidades administrativas de la estructura organizacional de la empresa, sino departamentos de 4
planeación, los cuales se definen como grupos de estaciones de trabajo que serán considerados como una unidad en el proceso de diseño de la disposición de planta.
4.3. Ligas departamentales Las modalidades de planeación entre los diferentes departamentos de planeación (ligas departamentales), constituyen la base para tomar decisiones en el proceso de diseño de planta. La información relevante para describir estas interacciones puede encontrarse en los diagramas de flujo y ensamble para la manufactura de los productos, en los organigramas y planes de producción. Es conveniente cuantificar estas interacciones, por ejemplo, indicando los volúmenes (mensuales) de materiales que se transportarán de un departamento a otro, el número de operaciones de coordinación que se espera entre departamentos por unidad de tiempo, etc. Existen diferentes elementos que hay que considerarse para describir la interacción entre los departamentos: a) Flujo de materiales, personas, equipo e información entre departamentos de planeación o estaciones de trabajo. b) Relaciones de tipo organizacional, resultantes de actividades de control, supervisión, delegación de funciones o subordinación entre funcionarios o empleados de la empresa. c) Modalidades de los sistemas de control, por ejemplo, el tipo de control de materiales (centralizado o descentralizado), el sistema de control de inventarios (revisión continua o periódica), las modalidades para el procesamiento de las órdenes de producción (producción por masa o por lotes, reglas de priorización), y los niveles de automatización para el control de la calidad en los procesos, entre otras. d) Consideraciones para la protección del medio ambiente, ambiente, como reglas para la seguridad de los trabajadores, temperatura, ruido, humedad, condiciones de limpieza y medios de desecho apropiados. e) Otros factores, como requerimientos especiales para el manejo de materiales, para ciertos procesos químicos, o para la implementación de otros servicios (por ejemplo, purificación del agua).
4.4. Requerimientos de espacio Este es uno de los pasos en los que se debe tener especial cuidado, ya que los requerimientos de espacio generalmente se planean para un horizonte de 5 a 10 años, por lo que existe una incertidumbre relativamente alta en cuanto a la capacidad de producción requerida. Por esta razón se recomienda planear desde abajo hacia arriba; es decir, determinar los requerimientos de espacio para las estaciones de trabajo, agregando estos requerimientos para obtener los de los departamentos de planeación, 5
y finalmente los de la planta en su conjunto. El espacio de una estación de trabajo está determinado por el espacio para el equipo (incluyendo el movimiento de las máquinas y el espacio requerido para el mantenimiento), para el manejo de materiales (recibo, almacenamiento, material de embalaje, herramientas, etc.) y para el personal (operadores, espacios para ingreso y salida). La determinación del espacio para una estación de trabajo puede estar apoyada en un estudio de movimientos, considerando los siguientes factores: a) El diseño de la estación de trabajo debe permitir que el operador recoja y desplace los materiales sin tener que realizar esfuerzos innecesarios (por ejemplo, caminar). b) Debe permitir al operador el logro de altos niveles de productividad y eficiencia. c) Debe minimizarse el tiempo que se pierde en el manejo manual de materiales y equipos. d) Debe permitir un trabajo libre de riesgos, y proporcionar la máxima comodidad para los técnicos u operadores. e) Deben eliminarse condiciones de peligro o fatiga mental o visual. Una vez determinados los espacios de las estaciones de trabajo, éstos pueden agregarse para determinar los espacios para los departamentos de planeación, considerando además los espacios para servicios comunes a las estaciones (baños, pasillos, manejo de materiales, etc).
4.5. Alternativas de disposición Teniendo en cuenta que el logro de un buen diseño de planta tiene algo de arte y algo de ciencia, debemos tratar de generar el mayor número de buenas alternativas de disposición como sea posible, ya que ésta es justamente la parte artística. Las alternativas surgen al considerar diferentes maneras tanto para la disposición física de los departamentos de planeación, como para el manejo de materiales y la disposición de las estaciones de trabajo dentro de los departamentos.
4.6. Evaluación de alternativas Las alternativas de disposición y diseño de planta pueden evaluarse con la ayuda de diferentes modelos. Existe también una gama de software disponible para este propósito, en los que el criterio de los costos de operación es el más difundido para comparar las alternativas.
4.7. Selección de la disposición Para seleccionar la disposición de planta más apropiada, deben establecerse los criterios de selección, y en la medida de lo posible efectuar una evaluación cuantitativa 6
de los mismos. Debemos tener en cuenta que el costo de operación e instalación no es el único criterio, y que la evaluación de los criterios depende de los diferentes escenarios que pueden representarse en cuanto a los volúmenes de producción que se requerirán y en cuanto a la flexibilidad requerida para la innovación de productos y a los cambios de corto plazo en el programa maestro de producción.
4.8. Implantación y mantenimiento Por último, una vez decidido el diseño de planta más apropiado, éste debe implementarse y supervisarse, con el objetivo de corregir la deficiencias que puedan encontrarse en la práctica. Asimismo, deben establecerse los planes apropiados para el mantenimiento de la planta, considerando que los cambios administrativos que puedan introducirse, pueden implicar cambios tanto en los sistemas de manejo de materiales como en la disposición de planta.
5. FORMATOS BÁSICOS DE DISTRIBUCIÓN EN PLANTA El patrón general de flujo del trabajo es el que determina los formatos para la distribución de departamentos en una instalación, que corresponden a tres tipos básicos:
Distribución por producto Distribución por proceso Distribución de posición fija
También hay un tipo híbrido:
Distribución de tecnología de grupos o celular.
También nos referimos como tipo de distribución al JIT:
Distribución Justo a Tiempo (JIT).
5.1. Distribución por Producto También llamada distribución de taller de flujo. Es aquella donde se disponen el equipo o los procesos de trabajo de acuerdo con los pasos progresivos necesarios para la fabricación del producto. Algunas características son:
Si el equipo se dedica a la producción continua de una pequeña línea de productos, se le llama línea de producción o línea de montaje. Ej: fabricación de pequeños aparatos eléctricos - tostadores, planchas, batidoras; aparatos 7
mayores - refrigeradores, lavadoras; equipo electrónico - computadores; y automóviles.
Por taller de flujo , se hace referencia a un sistema de producción dispuesto para que fluyan con mayor facilidad los productos dominantes.
La gama de productos es mayor que el de las líneas de producción y el equipo no es tan especializado.
La producción tiende a ser por lotes de cada artículo, en vez de una secuencia mezclada continua. (ver figura 6.5.1)
FIGURA 6.5.1 DISTRIBUCIÓN POR PRODUCTO Variedad 1
Mezcla
Añejado
Variedad 2
Distribución
Empaque
Embotellado
Sellado
Las ventajas que se pueden obtener con este esquema son: Se facilita la planeación y control de la producción. Se obtienen bajos costos por manejo de materiales y se logran bajos niveles de inventario de material en proceso. Se facilita la automatización de la línea a un costo relativamente bajo. Se facilita el logro de altos niveles de productividad, debido a la especialización de la producción. Se obtienen bajos costos por apertura de procesos. Los trabajadores requieren de poco entrenamiento, ya que se pueden introducir altos niveles de estandarización en sus funciones.
Las desventajas son:
Una falla del equipo en alguno de los procesos de la línea, ocasiona que deba detenerse la producción en toda la línea. Existe poca flexibilidad para introducir la manufactura de nuevos productos, ya que la disposición se establece en función de una única secuencia de procesos. Los trabajadores pueden experimentar cierta monotonía en el desempeño de sus tareas, ya que son de tipo repetitivo. 8
5.2. Distribución por Proceso También llamada distribución de taller de trabajo o por función. En este tipo de distribución se agrupan el equipo o las funciones similares, como sería un área para todos los tornos y otra para las máquinas de estampado. De acuerdo con la secuencia de operaciones establecida, una parte pasa de un área a otra, donde se ubican las máquinas adecuadas para cada operación (ver figura 6.5.2).
Este tipo de distribución es típico de los hospitales, dónde existen áreas dedicadas a ciertos tipos de cuidados médicos, como maternidad, pediatría y unidades de cuidados intensivos.
FIGURA 6.5.2 DISTRIBUCIÓN POR PROCESO Pieza 1
Perforación
Esmerilado
Pintura
Pieza 2
Tratamiento superficial
Fresado
Ensamble
Las ventajas que se pueden obtener del esquema por procesos son:
Se requiere de menor inversión que en una distribución tipo producto, ya que se aprovecha la misma maquinaria para la fabricación de diferentes componentes o productos. Se obtiene mayor flexibilidad para introducir nuevos diseños y responder a cambios en los patrones de demanda. Los técnicos experimentan una mayor satisfacción, ya que se exige de ellos una mayor flexibilidad para realizar diferentes trabajos.
Algunas desventajas son: o
o
La planeación y el control de las actividades productivas es más complicada, ya que las diferentes órdenes de trabajo deben competir por el proceso en los diferentes departamentos de planeación. Se experimentan mayores niveles de inventario de material en proceso, y mayores ciclos de manufactura que con una disposición tipo producto, lo que ocasiona a una mayor pérdida de tiempo por apertura de procesos y a una mayor congestión del sistema. 9
o
Debido a la variedad de trabajos que se deben ejecutar en un mismo departamento de planeación, la automatización de los procesos es muy costosa, y en general, se prefiere utilizar equipo no especializado.
5.3. Distribución de Posición Fija En esta distribución, el producto, por cuestiones de tamaño o peso, permanece en un lugar, mientras que se mueve el equipo de manufactura, los operarios, la materia prima, etc., a donde está el producto, y no al revés.
Los astilleros, las obras de construcción, locomotoras, aviones, maquinaria pesada y las oficinas de los profesores son ejemplos de este formato.
5.4. Distribución de Tecnología de Grupos También llamada celular, agrupa máquinas diferentes en centros de trabajo (o celdas) para trabajar sobre productos que tienen formas y necesidades de procesamiento similares (familias de productos) (Ver figura 6.5.3).
FIGURA 6.5.3 DISTRIBUCIÓN POR TECNOLOGÍA DE GRUPOS C
T
T
Pieza
Inspección
C = Cortadora EV = Esmeril vertical
EH
P
T = Torno P = Pulidora
EV
EV
EH = Esmeril horizontal
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Se parece a la distribución por proceso, ya que se diseñan las celdas para realizar un conjunto de procesos específicos, y también es semejante a la distribución por producto, pues las celdas se dedican a una gama limitada de productos. El término tecnología de grupos, se refiere también, al sistema de codificación y clasificación de partes que se usa para especificar los tipos de máquinas que forman una celda TG.
Las principales ventajas son: Permite reducir tiempos de apertura de procesos, espacio y costos de transporte de materiales. Los operarios pueden concentrar su atención en las operaciones de manufactura, sin perder tiempo en el movimiento de materiales, obteniendo altos niveles de calidad.
5.5. Distribuciones JIT Pueden ser de dos tipos:
Una línea de flujo semejante a una línea de montaje (Se disponen en secuencia el equipo y las estaciones de trabajo). Una distribución por procesos o de taller de trabajo (El objetivo es simplificar el manejo de materiales y crear rutas normales que enlacen el sistema con movimiento frecuente de materiales).
Muchas instalaciones presentan una combinación de dos tipos de distribución. Es común encontrar toda una planta arreglada de acuerdo con la distribución por producto (fabricación, subensamblaje y ensamblaje final) con distribución por proceso dentro de la fabricación y con distribución por producto dentro del departamento de ensamblaje.
6. DETERMINACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE PLANTA POR PROCESOS MEDIANTE COSTOS DE TRANSPORTE DE MATERIALES El enfoque más común para desarrollar una distribución por proceso es el de arreglar los departamentos que tengan procesos semejantes de manera tal que optimicen su colocación relativa. En muchas instalaciones, la colocación óptima a menudo significa colocar los departamentos que tengan una gran cantidad de tráfico interdepartamental, de manera adyacente. Esta técnica es de particular importancia para los esquemas de distribución tipo proceso, ya que en estos casos el transporte de materiales entre talleres es una importante fuente de costo. Si bien no existen metodologías para encontrar una disposición que minimice, en el sentido estricto del término, el costo de transporte, podemos intentar evaluar el costo de diferentes alternativas, para apoyar el proceso de toma de decisiones. 11
Antes de presentar una metodología para estimar el costo de transporte de una disposición de planta, debemos remarcar que éste depende estrechamente de la mezcla de producción, por lo que en plantas donde se requiere de flexibilidad para responder a cambios en los patrones de demanda, es conveniente evaluar los costos para distintos escenarios (asumiendo diferentes niveles de producción para las diferentes líneas).
Metodología Diseñar una disposición tentativa en base al diagrama de flujo de procesos. Determinar el volumen que se transportará por unidad de tiempo, entre cada
pareja
de departamentos de planeación. Calcular las distancias entre cada pareja de departamentos de planeación (El resultado será una matriz de distancias. Se toma la distancia “rectangular” entre sus
correspondientes centros de gravedad, lo que equivale a suponer que los flujos de transporte se distribuyen uniformemente dentro de las áreas de los departamentos y que el personal usa los pasillos para ir de un área a otra). Calcular el costo total con base en la matriz de costos, que se obtiene multiplicando la matriz de distancias entre cada pareja de departamentos de planeación por el correspondiente volumen de transporte entre los mismos. Utilizar los datos de la matriz de costos para proponer cambios en la disposición que disminuyan el costo de transporte, y repetir el procedimiento hasta encontrar una satisfactoria.
Ejemplo: Disposición de una planta maquiladora Una empresa dedicada a la manufactura de artefactos electrónicos para el hogar, desea instalar una planta maquiladora en México para producir equipos de sonido, teniendo como objetivo el abastecimiento del mercado del Tratado de Libre Comercio de Norteamérica. La planta se abastecerá de los principales insumos semiterminados: planchas de acero, tarjetas y componentes para los equipos, por lo que los principales procesos que se realizarán en la planta serán el formado (corte y estampado), maquinado y tratamiento superficial de las planchas de acero, así como el ensamble y acabado de los equipos. Teniendo en cuenta estas consideraciones, y la capacidad planeada de la planta, se ha determinado que debe constar de 8 talleres, cuyos requerimientos de espacio son los mostrados en la tabla 6.6.1.
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TABLA 6.6.1 REQUERIMIENTO DE ESPACIO PARA EL LAYOUT DE UNA PLANTA MAQUILADORA Taller Recepción (R) Maquinado (M) Formado (F) Limpieza (L)
Espacio requerido (m2) 240 360 480 120
Taller
Espacio requerido (m2) 240 180 480 300
Galvanizado (G) Pintura (P) Ensamble (E) Almacenamiento (A)
Los talleres de la planta deberán construirse en una superficie rectangular de 65 m. de frente por 40 m. de fondo (2400 m 2). La disposición de planta propuesta se presenta en un eje cartesiano, para facilitar el cálculo de las distancias (Figura 6.6.1):
FIGURA 6.6.1 LAYOUT PROPUESTO PARA UNA PLANTA MAQUILADORA 40 R
30
M
F 20
G
P
L
10 A
E
0 0
10
20
30
40
50
60
70
Determinación de los volúmenes de transporte Para evaluar el costo de esta disposición, necesitamos las estimaciones de los volúmenes de material que será transportado desde cada taller al otro (m 3/mes) (Tabla 6.6.2):
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TABLA 6.6.2 VOLÚMENES DE TRANSPORTE DEL LAYOUT PROPUESTO Taller i / j R M F L G P E
R
M 200
F 100 150
L
G
P
E
60
200
350 100 500
20 250 200 400 300
50
A
600
Determinación de las coordenadas y centros de gravedad de los talleres. El centro de gravedad de un taller se calcula sumando todas las abscisas de las coordenadas del taller y dividiendo este resultado entre 4. Se procede de la misma manera con las ordenadas Ver tabla 6.6.3).
TABLA 6.6.3 CENTROS DE GRAVEDAD DEL LAYOUT PROPUESTO Tipo de taller R M F L G P E A
Coordenadas (20, 24) (20, 40) (35, 24) (35, 40) (35, 24) (35, 36) (65, 24) (65, 36) (0, 12) (0, 36) (20, 12) (20, 36) (55, 12) (55, 24) (65, 12) (65, 24) (20, 12) (20, 24) (40, 12) (40, 24) (40, 12) (40, 24) (55, 12) (55, 24) (25, 0) (25, 12) (65, 0) (65, 12) (0, 0) (0, 12) (25, 0) (25, 12)
Centro de gravedad (27.5, 31) (50, 29) (10, 24) (60, 18) (30, 18) (47.5, 18) (45, 6) (12.5, 6)
Determinación de las distancias entre talleres La distancia entre talleres está dada por sus distancias tomadas desde sus centros de gravedad: d (taller i - taller j) = xi - x j + yi - y j donde:
T (xi, yi), son las coordenadas del taller i. T (x j, y j), son las coordenadas del taller j.
Mostramos la tabla 6.6.4 de las distancias entre talleres, en metros.
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TABLA 6.6.4 DISTANCIA ENTRE TALLERES DEL LAYOUT PROPUESTO Taller i / j R M F L G P E
R
M 24.5
F 25.5 46
L
G
P
E
14.5
57
32 26 12.5
29 53 27 27 14.5
17.5
A
32.5
Determinación de los costos de transporte Los costos de transporte estarían determinados para cada taller como 1$ por m 3 por m. de viaje, multiplicado por el flujo de material (m 3/mes) y por la distancia de viaje (m.) (Ver tabla 6.6.5).
TABLA 6.6.5 COSTOS DE TRANSPORTE DEL LAYOUT PROPUESTO Taller i / j R M F L G P E
R
M 4900
F 2550 6900
L
G
11200 11400 2600 6250
P
E
870
580 13250 5400 10800 4350
875
A
19500
Sumando las entradas de esta matriz, obtenemos que el costo total de transporte para la disposición de la planta es de 101425 $/mes. La disposición se puede mejorar si reducimos las distancias entre Ensamble y Almacén, y/o Formado y Ensamble, que constituyen los valores más altos.
7. LAYOUT DE OFICINAS La principal diferencia entre el layout de oficinas y fábricas es la importancia dada a la información. En un entorno de fabricación, el trabajo se basa en el flujo de componentes y materiales, pero en la oficina el trabajo se basa en el movimiento de la información.
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La figura 6.7.1 muestra un gráfico de relaciones. Es una manera muy efectiva de planificar las actividades de oficina. Este gráfico, preparado para una oficina de ingenieros consultores, indica que Ms. Payne debe estar: 1) cerca del área de ingenieros, 2) menos cerca de la secretaría y del archivo central y 3) nada cerca de la fotocopiadora o de la sala de almacenamiento.
FIGURA 6.7.1 GRÁFICO DE RELACIONES 1 Presidente O 2 Ms. Payne U A A I 3 Área de Ingeniería I O I I 4 Secretaría I I A U I O O 5 Entrada a la oficina A E X E U O E 6 Archivos centrales U A U O U O I 7 Sala de equipos O X U A 8 Fotocopiadora E E 9 Sala de almacenaje
Clave A E I O U X
Proximidad Absolutamente necesaria Especialmente importante Importante Proximidad normal No importante No deseable
Las pautas generales de oficinas, asignan una media de alrededor de 100 pies cuadrados por persona (incluyendo pasillos). A un ejecutivo importante se le asignan 400 pies cuadrados, y para una sala de conferencias se dan 25 pies cuadrados por persona, con un máximo de 30 personas. En contraste, los restaurantes asignan de 16 a 50 pies cuadrados por cliente (cocina total y área de restaurante dividida por la capacidad). Haciendo un uso efectivo de la dimensión vertical en el puesto de trabajo, algunos diseñadores de oficinas extienden el espacio hacia arriba en lugar de hacia fuera. Con esto se consigue que cada estación de trabajo (lo que los diseñadores llaman la “huella”) sea lo más pequeña posible.
Sin embargo, estos conceptos americanos de espacio no son universales. En la oficina de Toyota en Tokio, por ejemplo, existen alrededor de 110 personas trabajando en una gran sala. Es típico en las oficinas japonesas que se trabaje sin despachos, con mesas apretujadas y en grupos denominados islas. Las islas se organizan en largas filas, los directores se sientan al final de las filas, con una visión total de sus subordinados. (cuando acuden visitas importantes para reuniones, se les conduce a salas especiales y no ven estas oficinas). Existen consideraciones adicionales de layout que son universales (algunas de las cuales se aplican tanto a fábricas como a oficinas). Tienen que ver con los equipos de trabajo, autoridad y status. ¿Deben tener aire acondicionado todas las zonas de trabajo o sólo una parte? ¿Deben utilizar todos los empleados la misma entrada, lavabos, armarios y cafetería? Como se ha mencionado anteriormente, las decisiones de layout tienen una parte de arte y otra de ciencia. Sólo la parte que es ciencia, el flujo de 16
papeles en la oficina, puede analizarse de la misma forma que el flujo de componentes de un layout de proceso.
8. DETERMINACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE PLANTA POR PRODUCTO MEDIANTE EL BALANCEO DE LÍNEA La diferencia básica entre la distribución por producto y la distribución por proceso es el patrón de flujo del trabajo. En la distribución pro proceso, el patrón puede ser altamente variable porque el material para cualquier trabajo determinado puede tener que ser dirigido al mismo departamento de procesamiento varias veces durante su ciclo de producción. En la distribución por producto, los equipos o los departamentos están dedicados a una línea de productos determinada, la duplicación del equipo se utiliza para evitar la vuelta atrás, y se puede lograr un flujo en línea recta del movimiento del material. El hecho de adoptar una distribución por producto tiene sentido cuando el tamaño de la tanda de un determinado producto es grande con relación al número de los diferentes productos o partes producidos.
8.1. Líneas de ensamblaje Las líneas de ensamblaje son un caso especial en la distribución pro producto. El término se refiere al ensamblaje progresivo enlazado por algún dispositivo de manejo del material. La suposición usual es que alguna forma de paso está presente y que el tiempo de procesamiento admisible es equivalente para todas las estaciones de trabajo. Estas líneas pueden usar distintos tipos de:
Dispositivos de manejo de material (cintas o correas transportadoras, correas sin fin, grúas aéreas). Configuración de las líneas (Forma de U, rectas, ramificadas). Paso (mecánico, humano) Mezcla de productos (uno o múltiples) Características de las estaciones de trabajo (trabajadores sentados, de pie, caminando con la línea o montados en la línea) La longitud de la línea (pocos o muchos trabajadores).
8.2. Balanceo o equilibrio de la línea La línea de ensamblaje más común es la de un transportador movible que pasa por una serie de estaciones de trabajo en un intervalo de tiempo uniforme llamado el tiempo de ciclo (que es también el tiempo que transcurre entre las unidades sucesivas que llegan bien al final de la línea). En cada estación se ejecuta un trabajo sobre un producto, ya sea añadiéndole partes o terminando las operaciones de ensamblaje. El trabajo ejecutado en cada estación está conformado por muchos pedacitos de trabajo, llamados tareas, elementos y unidades de trabajo. Estas tareas están descritas en un 17
análisis de tiempos y movimientos. Por lo general, existen agrupaciones que no se pueden subdividir en la línea de ensamblaje sin que se pague una sanción en movimientos adicionales. El total de trabajo que debe ejecutarse en una estación es igual a la suma de las tareas asignadas a esa estación de trabajo. El problema del balanceo de la línea de ensamblaje es la asignación de todas las tareas a una serie de estaciones de trabajo, de manera tal que ninguna de ellas tenga más trabajo del que puede hacer en el tiempo del ciclo y que se minimice el tiempo de inactividad en todas las estaciones. El problema se complica por las relaciones entre las tareas impuestas por el diseño de producto y por las tecnologías del proceso. Esto se llama relación de precedencia, la cual especifica el orden en que se deben ejecutar las tareas en el proceso de ensamblaje.
8.3. Conceptos importantes Una de las razones por la que una línea de producción sea eficiente, es que se hace uso del principio de la división del trabajo. La manufactura de un artículo en particular no se realiza en forma de proyecto, manufacturando todos los componentes del artículo y luego ensamblando las piezas para obtener el producto final, y repitiendo este procedimiento para cada artículo a producir; si se trabajara de esa manera, la tasa de producción sería muy baja, y estaría determinada por el ciclo de manufactura del producto. En cambio en una línea de producción el trabajo se distribuye entre estaciones de trabajo, en cada una de las cuales se realiza parte del trabajo total, de manera que la tasa de producción de la línea ya no depende del ciclo de manufactura del producto, sino del tiempo que permanece un artículo en la estación de trabajo más tardada (el llamado cuello de botella), el cual es siempre menor que el ciclo de manufactura, ya que en cualquier estación de trabajo se realiza sólo parte del trabajo total (Ver figura 6.8.1).
FIGURA 6.8.1 LÍNEA DE PRODUCCIÓN CON ESTACIONES EN SERIE ESTACIÓN A
ESTACIÓN B
ESTACIÓN C
8.4. Estación de trabajo Una estación de trabajo de una línea de producción está formada por un operador y el ambiente de trabajo que se le ha asignado (espacio y equipo) para realizar su trabajo. Remarcamos que hemos definido la estación de trabajo en función del operador a quien corresponde la estación, y no por la operación u operaciones que realiza. La duración de una estación de trabajo estará definida por el tiempo que tarde el operador en atender el trabajo de un artículo. De esta manera, a más operaciones de 18
manufactura y/o ensamblaje le sean asignadas a una estación de trabajo, su duración será mayor. Con base en la definición que acabamos de presentar, podemos imaginar que si deseamos incrementar la capacidad de producción de una línea, lo podremos lograr reduciendo la duración del cuello de botella, lo que será posible si podemos dividir el trabajo de esta estación en dos o más estaciones de trabajo (en serie). En el caso de que el trabajo asignado a esta estación sea indivisible, queda aún otra alternativa, y es la de asignar varias estaciones en paralelo que realicen la misma función, aunque esta última alternativa tiene la consecuencia de requerir de una mayor inversión en equipo (Ver figura 6.8.2).
FIGURA 6.8.2 LÍNEA DE PRODUCCIÓN CON ESTACIONES EN PARALELO ESTACIÓN B1 ESTACIÓN A
ESTACIÓN C ESTACIÓN B2
8.5. Ciclo del balanceo La tasa de producción de la línea está determinada por la duración de la estación de trabajo que es más tardada (cuello de botella), y esta duración recibe el nombre de ciclo del balanceo. En una línea de producción, el cuello de botella marca el ritmo de producción, trabajando a máxima capacidad, y las demás estaciones experimentan tiempos ociosos (ya que sus duraciones son menores). Una característica deseable de la línea de producción es que no se experimenten tiempos ociosos excesivos. La tasa de producción de una línea es más alta a medida que creamos más estaciones de trabajo en serie (esto es, dividimos más el trabajo). Esta mayor división, sin embargo, requiere de mayor personal (que ocasiona un mayor costo) para operar las distintas estaciones. Por otro lado, no ganamos nada en dividir el trabajo de una estación si ésta no reduce el ciclo del balanceo; eso último sólo ocasionaría un mayor tiempo ocioso en las estaciones que se han creado. En consecuencia, la mejor estrategia para diseñar una línea, y que entenderemos como el problema del balanceo de la línea, debe ser: dada una tasa de producción deseada (que determina el máximo ciclo de balanceo que debemos tener), determinar una configuración de estaciones que minimice el tiempo ocioso total, o equivalentemente, el número total de estaciones. Supongamos que una línea de producción consta de n estaciones en serie, con duraciones d1, d2, ..., d n, respectivamente, siendo la mayor duración el ciclo de balanceo c, el retardo del balanceo se define por: 19
n
nc d i i 1
R
nc
*100
Como podemos apreciar, el retardo del balanceo es el porcentaje del tiempo ocioso total en la línea, ya que en el denominador figura el tiempo que consumen todas las estaciones, y en el numerador el tiempo total ocioso de las estaciones (tiempo consumido menos tiempo efectivo de trabajo).
8.6. Procedimiento de cálculo para el retardo del balanceo Supongamos que el ensamble de un producto, requiere de tres operaciones en serie, como observamos en la figura 6.8.3. La mayor tasa de producción se obtendrá si asignamos una estación de trabajo para cada operación (n = 3), las que tendrían duraciones de: d1 0.8
d 2 0.5
d 3 0.3
FIGURA 6.8.3
OPERACIONES DE UNA LÍNEA DE ENSAMBLE Operación 1
Operación 2
Operación 3
Duración = 0.8 min.
Duración = 0.5 min.
Duración = 0.3 min.
De esta manera el ciclo del balanceo sería c 0.8 , y si consideramos un turno de 4 horas, con una eficiencia del 80%, la tasa de producción por turno sería de: 4 P
h turno
*
0.8
60 min 1h min
* 0.8 240
unidades turno
unidad
con un retardo de: R
3(0.8) (0.8 0.5 0.3) 3(0.8)
*100 33%
20
Note que si asignamos una estación de trabajo para la primera estación, y otra estación de trabajo para la segunda y tercera operaciones en conjunto, tendríamos sólo dos estaciones ( n 2 ), con duraciones: d1 0.8
d 2 0.5 0.3 0.8
y un ciclo de balanceo c 0.8 , por lo que la tasa de producción sería también de 240 unidades por turno. Sin embargo, la ventaja es que tendríamos menor costo por operarios y el retardo del balanceo sería menor: R
2(0.8) (0.8 0.8) 2(0.8)
*100 0%
Podemos reducir aún el número de estaciones a uno, obteniendo también un retardo de cero, pero debemos notar que la tasa de producción disminuye, ya que el ciclo de balanceo es de 1.6, y en consecuencia se producirán: 4 P
h turno
*
1.6
60 min 1h min
* 0.8 120
unidades turno
unidad
Con este pequeño ejemplo, podemos apreciar la importancia del balanceo, ya que podemos ahorrar costos sin sacrificar la tasa de producción, con un adecuado balanceo de la línea. En la práctica, es muy difícil obtener un retardo de cero en la línea, por dos razones: 1. Tendríamos que ser muy afortunados para que podamos obtener duraciones de estaciones que fueran exactamente iguales al ciclo del balanceo que necesitamos para lograr la producción deseada. 2. El espacio de posibilidades se reduce, si tenemos en cuenta que existen relaciones de precedencia entre las operaciones necesarias en la línea, ya que no podemos asignar una operación a una estación, si es que en las estaciones previas no se han ejecutado todas las operaciones que se requieren para poder ejecutar ésta. Sin embargo, podríamos intentar modelar el problema de encontrar el menor balanceo (menor retardo), dado un ciclo máximo de balanceo, como un problema de programación lineal, sin embargo el exagerado número de variables y restricciones que deben introducirse, hace que no sea una opción viable. Ante esta imposibilidad se han ensayado métodos heurísticos, que no aseguran un óptimo, pero dan buenos resultados en la práctica, y requieren de un tiempo de cómputo razonable. Las más usadas son: regla del candidato de mayor duración, y el método de ordenamiento de los índices de posición. 21
8.7. Procedimiento para el balanceo de la línea Un primer paso necesario para la aplicación de cualquier método de balanceo, es la división del trabajo total necesario en unidades de trabajo mínimo racional, esto es, en las cargas mínimas de trabajo, de manera que cada una de las mismas podría ser asignada a una sola estación de trabajo; llamaremos a estas unidades bajo el nombre de operaciones de la línea. Este paso es importante, ya que un mayor número de operaciones identificadas nos proporciona una mayor flexibilidad para organizar las estaciones de trabajo. El conjunto de operaciones debe estar acompañado de las relaciones de precedencia, es decir, que para cada operación debemos identificar las operaciones que deben haberse realizado inmediatamente antes de la misma. Luego de este primer paso, podemos aplicar el algoritmo correspondiente al método elegido. A continuación presentamos los pasos al algoritmo para la regla de mayor duración: 1. Especificar las relaciones secuenciales entre las tareas utilizando un diagrama de precedencia. El diagrama consta de círculos y flechas. Los círculos representan las tareas individuales; las flechas indican el orden de ejecución de las mismas. 2. Con base en la tasa de producción deseada, y el factor de eficiencia, determinar el máximo ciclo del balanceo. Abrir la primera estación vacía (sin ninguna operación asignada). 3. Identificar las operaciones asignables, esto es, las operaciones cuyas precedentes ya fueron asignadas a alguna estación (al inicio, las operaciones asignables son las que no tienen precedentes). 4. Asignar a la estación abierta, la operación que tenga la mayor duración posible, de manera que la duración de la estación no exceda el máximo ciclo del balanceo, encontrado en el paso 2. Si no existe esta estación, abrir una nueva estación con la operación asignable de mayor duración. Si no existen más operaciones, finaliza el procedimiento, de otra forma se regresa al paso 3. Para aplicar el ordenamiento de los índices de posición, podemos aplicar los mismos pasos del algoritmo anterior, sólo que el paso 4 debe sustituirse por el paso 4a: 4a. Asignar a la estación abierta, la operación que tenga el mayor índice de posición posible, de manera que la duración de la estación no exceda el máximo ciclo de balanceo encontrado en el paso 2. Si no existe esta estación, abrir una nueva estación con la operación asignable de mayor índice de posición. Si no existen más operaciones, finaliza el procedimiento, de otra forma se regresa al paso 3. El índice de posición de una operación es la suma de la duración de la operación más las duraciones de todas las operaciones que le siguen.
22
Ejemplo: Balanceo de una Línea de Ensamble de Iluminación Trasera El ensamble de la iluminación trasera de un automóvil requiere de 9 operaciones, que se presentan en la tabla 6.8.1 (con sus respectivas duraciones y operaciones precedentes). Utilizar los dos métodos descritos anteriormente, para comparar el mejor balanceo, teniendo en cuenta que se desea una tasa de producción de 240 ensambles por hora, y la eficiencia del proceso se estima en 90%.
TABLA 6.8.1 ENSAMBLE DE LA ILUMINACIÓN TRASERA DE UN AUTOMÓVIL Operación
Número
Aplicar pegamento al hogar Poner la empaquetadura exterior Enganchar el socket al hogar Ensamblar el foco al socket Poner la empaquetadura interior Posicionar los lentes en el hogar Unir el cable de electricidad Sellar el ensamble cos dos tornillos Inspeccionar el ensamble
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Duración (min) 0.100 0.103 0.097 0.095 0.050 0.045 0.075 0.110 0.085
Precedente 1 3 4, 5 3 6 2, 7, 8
La red de relaciones de precedencia es la que se muestra en la figura 6.8.1
FIGURA 6.8.1 RELACIONES DE PRECEDENCIA 1
2
9 7
3 4 6
8
5
El máximo ciclo de balanceo, con base en el factor de eficiencia y la tasa de producción deseada resulta: Cm 240
0.9 ensambles h
*
1h
0.225
min ensable
60 min
23
A continuación podemos aplicar el algoritmo de la regla de mayor duración (Ver tabla 6.8.2):
TABLA 6.8.2 BALANCEO DE LÍNEA CON LA REGLA DE MAYOR DURACIÓN Iteración
Operaciones asignables
Operación seleccionada
1 2 3
1, 3, 5 2, 3, 5 3, 5
1 2 3
Estaciones (Duración) E1 1 (0.100)
E1 1, 2 (0.203) E1 1, 2 (0.203) E 2 3 (0.097)
4
4, 5, 7
4
E1 1, 2 (0.203)
E 2 3, 4 (0.192)
5
5, 7
7
E1 1, 2 (0.203) E 2 3, 4 (0.192) E3 7 (0.075)
6
5
5
E1 1, 2 (0.203)
E 2 3, 4 (0.192) E3 7, 5 (0.125)
7
6
6
E1 1, 2 (0.203) E 2 3, 4 (0.192) E3 7, 5, 6 (0.170)
8
8
8
E1 1, 2 (0.203)
E 2 3, 4 (0.192) E3 7, 5, 6 (0.170) E 4 8 (0.110)
9
9
9
E1 1, 2 (0.203) E 2 3, 4 (0.192) E3 7, 5, 6 (0.170) E 4 8, 9 (0.195)
Podemos observar que se han creado 4 estaciones de trabajo. El retardo del balanceo es el siguiente: R
4(0.203) (0.203 0.192 0.170 0.195) 4(0.203)
6.4%
24
De esa manera se podrá alcanzar un nivel de producción de: 0.9 min
P 0.203
ensamble
*
1h
266
ensambles h
60 min
A continuación se aplica el método de los índices de posición para el balanceo de la línea (Ver tabla 6.8.3). Primero se determinan los índices de posición: Operación Índice de posición
1 0.288
2 0.188
3 0.507
4 0.335
5 0.290
6 0.240
7 0.160
8 0.195
9 0.085
TABLA 6.8.3 BALANCEO DE LÍNEA CON LA REGLA DE ÍNDICES DE POSICIÓN Iteración
Operaciones asignables
Operación seleccionada
1 2 3
1, 3, 5 1, 4, 5, 7 1, 5, 7
3 4 5
Estaciones (Duración) E1 3 (0.097) E1 3, 4 (0.192) E1 3, 4 (0.192) E 2 5 (0.050)
4
1, 6, 7
1
E1 3, 4 (0.192) E 2 5, 1 (0.150)
5
2, 6, 7
6
E1 3, 4 (0.192)
E 2 5, 1, 6 (0.195)
6
2, 7, 8
8
E1 3, 4 (0.192) E 2 5, 1, 6 (0.195) E3 8 (0.110)
7
2, 7
2
E1 3, 4 (0.192)
E 2 5, 1, 6 (0.195) E3 8, 2 (0.213)
8
7
7
E1 3, 4 (0.192) E 2 5, 1, 6 (0.195) E3 8, 2 (0.213) E1 7 (0.075)
9
9
9
E1 3, 4 (0.192) E 2 5, 1, 6 (0.195) E3 8, 2 (0.213) E1 7, 9 (0.160)
25
Podemos observar que se han creado 4 estaciones de trabajo. El retardo del balanceo es el siguiente: R
4(0.213) (0.192 0.195 0.213 0.160) 4(0.213)
*100 10.8%
De esa manera se podrá alcanzar un nivel de producción de: P 0.213
0.9 min ensamble
*
1h
253
ensambles h
60 min
Conclusión. En ambos casos se crearon 4 estaciones de trabajo, pero en el primer caso se tiene un menor porcentaje de retardo de balanceo (por lo tanto una mayor eficiencia) y un mayor nivel de producción.
9. ORGANIZACIÓN DE CÉLULAS DE MANUFACTURA La tecnología celular o de grupos, tiene como principal objetivo la obtención de una mayor flexibilidad (que la línea de producción tradicional) para producir diferentes componentes utilizando las mismas instalaciones. Una célula de manufactura, está destinada a la manufactura de una familia de piezas o productos, más que a la de un solo producto en particular, y un buen diseño de la misma debe tener como objetivo que los niveles de productividad que se logren en la manufactura de los miembros de la familia de productos, no se vea disminuida debido a las mayores exigencias de flexibilidad para producir diferentes diseños. La amplia difusión que ha tenido en los últimos años este esquema de disposición de planta, ha dado lugar al desarrollo de diferentes principios y técnicas que permiten alcanzar buenos niveles de productividad bajo esta tecnología. En esta dirección, podemos mencionar la automatización de bajo costo (para reducir los costos de apertura de procesos), el empleo de sistemas para la clasificación y codificación de partes, y las técnicas para secuenciar la producción en células de manufactura. Podemos intuir a partir de estas observaciones, que si bien la manufactura celular está demostrando en la práctica su superioridad al combinar la flexibilidad con el logro de adecuados niveles de productividad, en cambio su implantación exitosa requiere de un mayor esfuerzo de planeación, siendo el problema más importante el diseño de las células de manufactura y la determinación de las familias de productos que deben asignarse a las células. Una familia de partes puede definirse como un grupo de partes que tienen algún grado de similaridad, lo que permite que dicha familia pueda ser procesada económicamente dentro de una misma célula de manufactura. La similaridad de los miembros de una familia puede estar en función de características de diseño (formas parecidas o requerimientos similares de procesos), incluso podrían tener formas no muy parecidas, 26
pero podrían compartir requerimientos de operaciones similares. Otros factores determinantes son: los tamaños de lotes a producir y su frecuencia.
9.1. Método de Formación de Células de Manufactura El método que presentaremos para la formación de células de manufactura, parte de los requerimientos de proceso de las diferentes partes a fabricar, y propone un esquema de agrupación en familias, dejando abierta la posibilidad de explorar posibles mejoras con base en otros criterios. Este método, llamado el método tabular, exhibe como una de sus principales ventajas su facilidad de implantación y su flexibilidad para proponer diferentes esquemas que puedan ser analizados de acuerdo a otros criterios. Este método, presenta tres fases, que persiguen las siguientes metas: FASE I:
determinación de células de manufactura (grupos de máquinas y/o procesos).
FASE II: Selección de las familias de productos. FASE III: Evaluación de los grupos, considerando diversos objetivos y restricciones (por ejemplo, la disposición de estaciones de trabajo) dentro de las células).
FASE I 1. Construir una matriz en la que las columnas corresponden a las diferentes máquinas o procesos que se requieren, y las filas corresponden a las diferentes piezas o componentes que deben fabricarse. En dicha matriz se anotará si la correspondiente pieza o componente requiere de la correspondiente máquina o proceso. 2. Construir una matriz en la que tanto las filas como las columnas corresponden a las diferentes máquinas o procesos, anotando para cada pareja de máquinas diferentes, el número de piezas que requieren proceso en las dos máquinas. Esta matriz será llamada máquina a máquina. 3. Fijar un valor entre 0 y 1 para la proporción P (este valor no cambiará durante la aplicación del algoritmo de la fase I). Cuanto más cercano a 1 se escoja este valor, será más difícil que se incluya a una máquina particular en una célula de manufactura, por lo que la elección afectará al número de células y al número de máquinas del mismo tipo que sugerirá el algoritmo de la Fase I 4. Hacer que el contador de relaciones (CR) sea igual al valor más grande de la matriz máquina a máquina (este valor irá cambiando durante la aplicación del algoritmo de la Fase I. 27
5. Empezando por la primera fila de la matriz máquina a máquina, buscar (por filas) un valor igual a CR, y anotar las máquinas correspondientes a este valor. 6. Si las máquinas anotadas no están en ninguna célula, abrir una célula nueva con estas dos máquinas, e ir al paso 8. Si ambas máquinas están en la misma célula, no debe tomarse ninguna acción, y se va al paso 8. Si una máquina está en alguna célula y la otra no está en ninguna, debe buscarse la célula en la que es conveniente introducir a la máquina entrante (ir al paso 7a). Si no se cumplen ninguna de las condiciones anteriores, las máquinas anotadas están presentes en células diferentes, en cuyo caso deberá explorarse la posibilidad de que se introduzcan estos dos tipos de máquinas en células apropiadas (Ir al paso 7b). 7a. Calcular el índice de cercanía (IC) de la máquina entrante en cada una de las células existentes. El IC se define como el cociente de la suma de relaciones que tiene la máquina entrante con cada una de las máquinas de la célula, entre el número total de máquinas de la célula. Si el máximo IC (al que llamaremos MIC) es mayor que el umbral (U), donde U CR (P) , la máquina entrante será adicionada a la célula donde se encontró el MIC. De otra forma, si el MIC es menor que U, se debe abrir una nueva célula con las dos máquinas anotadas. 7b. Para adicionar estas dos máquinas ya existentes a alguna célula, podemos considerar dos alternativas: la primera es la adición de una sola máquina en la célula apropiada, la segunda es adicionar dos máquinas (una de cada tipo) o bien creando una nueva célula, o bien asignando cada máquina a la célula apropiada. Se sugiere explorar estas dos alternativas en secuencia, siguiendo los pasos que se presentan a continuación (por conveniencia, las máquinas anotadas serán llamadas la máquina A y la Máquina B, respectivamente). A1. Evaluar la incorporación (calculando el IC respectivo) de la máquina A en cada célula donde se encuentra la máquina B y viceversa, y determinar el máximo IC (denotado MIC) de todas estas posibilidades. Anotar la célula y la máquina entrante asociadas al MIC, e ir al paso A2. A2. Si el MIC es mayor o igual que U CR (P) , adicionar la máquina entrante a la célula anotada e ir al paso 8. De otra forma ir al paso B. B.
No habiendo sido posible adicionar una sola máquina, se explorará la posibilidad de adicionar las dos máquinas procediendo como sigue. Determinar el máximo IC para las células donde B está presente y A es la máquina entrante (el cual será llamado MICA), y el máximo IC donde A está presente y B es la máquina entrante (MICB). Si tanto el MICA como el MICB son mayores que CR (P / 2) , y MICA MICB es menor que CR (P / 2) , adicionar cada una de las máquinas a la respectiva célula con las dos máquinas, ir al paso 8. Si no se cumplen ninguna de las condiciones anteriores, ir al paso C. 28
C.
Si no se cumplieron las condiciones para adicionar máquinas descritas en los pasos A2 y B, la contribución de estas dos máquinas es muy limitada, por lo que no deben duplicarse. Sin embargo, si se piensa ejecutar la Fase III para considerar otros objetivos, se puede incluir provisionalmente una máquina de cada tipo en la célula donde se encuentra su máximo IC, con la condición de que se examine en la Fase III la conveniencia o no de estas adiciones. Ir al paso 8.
8. Continuar buscando por filas los elementos de la matriz máquina a máquina que son iguales a CR, si se encuentra uno, anotar las máquinas que corresponden a este elemento e ir al paso 6; de otra forma, ir al paso 9. 9. Si todos los valores positivos de CR han sido explorados, ir al paso 10. De otra forma, reducir el valor de CR al siguiente en orden descendente e ir al paso 8. Otra regla para detener el algoritmo (que reduce el número de máquinas al mínimo), consiste en detener el algoritmo si todas las máquinas han sido asignadas a alguna célula. 10. Consolidar las células, es decir, si el grupo de todas las máquinas y procesos que forman parte de una célula está contenida en otra célula, debe eliminarse la primera.
FASE II En esta fase deben formarse las familias de piezas o componentes, cada una de las cuales será asignada a una célula. Se sugiere para este paso, asignar cada pieza a la célula que tiene el mayor número de máquinas y procesos que se requieren para manufacturar la misma.
Ejemplo: Formación de Células de Manufactura El siguiente ejemplo considera la formación de células para la manufactura de 20 diferentes piezas, que requieren, en conjunto, la utilización de 13 tipos de máquinas. Los requerimientos de proceso para fabricar cada una de las diferentes piezas se presenta a continuación en la tabla 6.9.1, donde el número 1 indica que la pieza requiere de la máquina correspondiente. Siguiendo los pasos descritos para la fase I, podemos indicar los primeros resultados que se obtienen al aplicar el algoritmo. 1. Construcción de la tabla de requerimientos de proceso (la anterior). 2. Construcción de la tabla máquina a máquina (ver tabla 6.9.2).
29
TABLA 6.9.1 REQUERIMIENTOS DE PROCESO Pieza A 1 2 3 4 5 1 6 7 8 1 9 10 11 1 12 1 13 14 15 16 17 18 19 1 20 1
B
C 1 1 1
Máquina E F G
D 1 1 1
1 1
1 1
H
I 1 1 1
1 1 1
1
J 1 1 1
K
1 1
1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1 1
1 1 1 1
1 1 1
1
1
1 1
1 1 1 1
1
1 1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1
1
TABLA 6.9.2 TABLA MÁQUINA A MÁQUINA Máquina A B 3 C 2 D 1 E 4 F 0 G 3 H 0 I 2 J 4 K 0
B
C
D
0 0 3 1 5 0 1 2 0
6 0 0 0 0 4 6 0
0 0 0 0 5 6 0
Máquina E F
0 3 0 1 3 0
5 5 0 0 4
G
H
I
J
4 1 2 4
0 0 4
5 0
0
30
3. Se fija P = 0.5 (arbitrariamente) 4. Hacemos CR = 6 (mayor valor de la tabla máquina a máquina. 5. Inspeccionando por filas se encuentra el valor de 6 para las máquinas C y D (que ahora son las máquinas anotadas. 6. Como las máquinas anotadas no están en ninguna célula, se abre la primera: C1 C, D . Ir al paso 8. 8. Buscando por filas en la matriz máquina a máquina se descubre el valor de 6 para las máquinas J y C, que son ahora las máquinas anotadas. Ir al paso 6. 6. Como la máquina C está en una célula y la máquina J no está en ninguna, la máquina J es la máquina entrante. Ir al paso 7a. 7a. Existe una única célula, y el IC de la máquina J con esta célula es: C
(6 6) 2
6,
que es mayor que U 0.5(6) 3 , por lo que la máquina J se adiciona a la célula 1: C1 C, D, J. Ir al paso 8. 8. Inspeccionando en la matriz máquina a máquina, se encuentra otro 6, y se anotan las máquinas J y D. Ir al paso 6. 6. Las máquinas J y D están en la misma célula y se ignora el dato. Ir al paso 8. 8. No hay más elementos iguales a CR en la matriz máquina a máquina. Ir la paso 9. 9. El siguiente valor para CR es 5. Ir al paso 8. 8. Se encuentra el valor de 5 para las máquinas G y B. Ir al paso 6. 6. Las máquinas G y B no están en ninguna célula, por lo que se abre una nueva célula: C2 G, B. Ir al paso 8. Continuando la aplicación del algoritmo de la Fase I, encontramos 27 iteraciones (cada iteración corresponde a la identificación de una nueva relación de la matriz máquina a máquina a analizar). Un resumen de los resultados se encuentra a continuación en la tabla 6.9.3. A continuación se explica con mayor detalle los resultados de algunas de las iteraciones: Iteración 5: 8. Se encuentra el valor de 5 para las máquinas G y F. Ir al paso 6. 31
TABLA 6.9.3 RESUMEN DE LA FASE I Iteración
1 2 3 4
CR
6 6 6 5
Entrante(s)
Célula asignada
C, D J J, D G, B
C1 C1 C1 C2
Células
Máquina duplicada
C1 C, D C1 C, D, J
Misma de la iteración 2 C1 C, D, J C2 G, B
5
5
F
C2
C1 C, D, J C2 G, B, F
6
5
H
C2
C1 C, D, J C2 G, B, F, H
7
5
I
C1
C1 C, D, J, I C2 G, B, F, H
8 9
5 4
J, I E, A
C1 C3
Mismas de la iteración 7 C1 C, D, J, I C2 G, B, F, H C3 E, A
10 11
4 4
H, G I, C
C2 C1
Mismas de la iteración 9 Mismas de la iteración 10
12
4
JoA
C3
C1 C, D, J, I
J
C2 G, B, F, H C3 E, A, J
13
4
K
C2
C1 C, D, J, I
C2 G, B, F, H, K C3 E, A, J
14
4
K, G
C2
15
4
K, H
C2
16
3
BoA
C3
Mismas de la iteración 13 Mismas de la iteración 14 C1 C, D, J, I
B
C2 G, B, F, H, K C3 E, A, J, B
17
3
E, B
C3
Mismas de la iteración 16
18
3
AoG
C3
C1 C, D, J, I
G 32
C2 G, B, F, H, K C3 E, A, J, B, G
19
3
G, E
C3
20
3
J, E
C3
21
2
IoA
C1
Mismas de la iteración 18 Mismas de la iteración 19 A
C1 C, D, J, I, A
C2 G, B, F, H, K C3 E, A, J, B, G
22
2
J, B
C3
23
2
J, G
C3
24
1
C, A
C1
25
1
F, B
C2
26
1
IoB
C1
Mismas 21 Mismas 22 Mismas 23 Mismas 24
de la iteración de la iteración de la iteración de la iteración B
C1 C, D, J, I, A, B C2 G, B, F, H, K C3 E, A, J, B, G
27
1
IoE
C1
C1 C, D, J, I, A, B, E
E
C2 G, B, F, H, K C3 E, A, J, B, G
6. La máquina B está seleccionada, F no está seleccionada y es la entrante. Ir al paso 7a. 7a. Los índices de cercanía son: IC1
(0 0 0) 3
0 , IC2
(5 1) 2
3,
por lo que MIC =
3, y debe adicionarse la máquina F a la célula 2, porque es mayor que U 0.5(5) 2.5 : C2 G, B, F
Iteración 9: Se hace CR = 4 y se anotan las máquinas E y A, las que no están en ninguna célula, y se abre la célula 3 con estas dos máquinas. Iteración 12: Se anotan las máquinas J y A y como están en diferentes grupos, se debe ir al paso 7b. Al analizar los índices de cercanía de A con la célula 1 y de J con la célula 3 se obtienen: IC1
2 1 4 2 4
2.25 , IC3
3 4 2
3.5 ,
por lo que MIC = 3.5, que es
mayor que 4(0.5) 2 . En consecuencia, la máquina J se adiciona a la célula 3. 33
Habiendo terminado la aplicación del algoritmo de la Fase I, se obtuvieron 3 células: Primera: Formada por las máquinas: C, D, J, I, A, B y E. Segunda: Formada por las máquinas: G, B, F, H y K Tercera: Formada por las máquinas: E, A, J, B y G.
FASE II A continuación se puede pasar a la fase II del método tabular, asignando las piezas a las células. Así por ejemplo, la pieza 1 será asignada a la célula 1, ya que ésta tiene las 4 máquinas que serán necesarias para fabricar esta pieza. Los resultados de esta fase se presentan a en la tabla 6.9.4.
TABLA 6.9.4 RESULTADOS DE LA FASE II Piezas 1 2 3 7 11 15 16 20 12 4 6 9 10 13 14 17 18 5 8 19
C 1 1 1 1 1 1 1
D 1 1 1 1 1 1 1
Célula 1 J I A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
B
E
1
1
G
1 1 1 1 1 1 1
Célula 2 B F H
1
K
1 1 1
1
1
1
1 1
1 1 1
1 1 1
E
Cédula 3 A J B
1 1 1
1 1 1
G
1 1 1 1 1
1
1
1
1
Se observa que las tres familias de piezas que se obtienen son: Primera: 1, 2, 3, 7, 11, 15, 16, 20, 12 Segunda: 4, 6, 9, 10, 13, 14, 17, 18 Tercera: 5, 8, 19 34
Nótese que el resultado de estas dos fases no implica que todas las piezas puedan manufacturarse completamente en la célula a la que se le ha asignado. Por ejemplo, la pieza 12 no puede ser completamente fabricada en la célula 1, ya que hace falta la máquina G, por lo que deberá decidirse si se incorpora esa máquina a la célula 1, terminar la pieza 12 en otra célula (la célula 2), o cualquier otra posibilidad factible. Para una toma de decisiones definitiva, deberán evaluarse otros objetivos, y es ésta la finalidad de la fase III.
FASE III En esta fase deben tomarse en cuenta los criterios que no se consideraron en las dos fase previas, para organizar definitivamente las células de manufactura y las familias de productos. Algunos criterios que deben tomarse en cuenta son:
Número total de células. Volumen de producción requerido en cada célula. Especialización de los operarios para trabajar dentro de cada célula. Factibilidad de una buena disposición de planta dentro de cada célula.
Para llevar a cabo la Fase III se pueden utilizar diferentes técnicas, dependiendo del criterio particular que se desea evaluar, o del problema que se desea resolver, y es conveniente recoger cierta información de las fases anteriores de este método. Por ejemplo, pueden registrarse las máquinas duplicadas o separadoras, y sus características, conceptos que explicamos a continuación. Si existe un tipo de máquina que se encuentra en varias células, la que está en la célula donde procesa el mayor número de trabajos es llamada la máquina primaria, y las que están en las otras células son llamadas duplicaciones. Por ejemplo, la máquina E de la célula 3 es una máquina primaria, mientras que la de la célula 1 es una duplicación. Una máquina que puede agregarse a una célula para procesar completamente un trabajo de la familia que está asignada a la célula es llamada una máquina separadora. Por ejemplo, la máquina G para la célula 1 se separadora, ya que permite procesar completamente la pieza 12. En la tabla 6.9.5 se ha resumido la información sobre duplicaciones y separaciones.
35
TABLA 6.9.5 RESULTADOS DE MÁQUINAS DUPLICADORAS Y SEPARADORAS Duplicadora Pieza que (separadora) Célula actual sirve E 1 12 B 1 12 A 1 11, 20, 12 G 3 5, 19 B 3 5, 19 J 3 5, 8 G 1 12
Células alternativas 3 2, 3 3 2 2, 1 1 2, 3
Con base en la información que se obtiene de las fases I y II, de los datos financieros y técnicos relevantes para los criterios que se desean evaluar, y utilizando las técnicas apropiadas para el caso, en la Fase III se abordan problemas importantes como:
Determinar las máquinas que deben duplicarse, considerando las restricciones financieras y de costo. Determinar las máquinas que pueden incorporarse o suprimirse , para reducir tiempos de viaje entre y dentro de células. Optimizar la utilización de las máquinas. Analizar el efecto que causaría en el sistema la restricción del número total de máquinas de uno o varios tipos.
36
CASO VIDEOS HOMSEY Una empresa dedicada a la fabricación de equipos para video desea construir una planta que debe tener los siguientes departamentos, con sus respectivas dimensiones, dadas en pies cúbicos):
Recepción y almacenado Taller de máquinas Taller de impresión Taller de limpieza Taller de laminado Taller de pintura Taller de ensamble Taller de embalaje
1200 pc 1800 pc 2400 pc 600 pc 1200 pc 900 pc 2400 pc 1500 pc
El diagrama de flujo de procesos es el siguiente: Rece ción Im resión
Má uinas
Pintura
Laminado
Lim ieza
Ensamble
Embala e
Se estima que los flujos de materiales entre los talleres (en kg/semana) serán los siguientes: Recepción Máquinas Impresión Limpieza Laminado Pintura Ensambl Embalaje Recepción 200 100 Máquinas 350 60 20 Impresión 150 200 100 250 Limpieza 500 200 Laminado 50 400 Pintura 300 Ensamble 600
37
El costo de transporte se supone que es el mismo entre departamentos, y se estima en $0.4 por kilo por pie de viaje.
Planta 1 100 90
R
80
M
70
I
60 50
La
P
Li
40 30 20
Em
10
En
0 0
10
20 30
40 50
60 70
80 90
100 110 120 130
Planta 2 100 90
R
80
M
70
I
60 50
P
Li
La
40 30 20
Em
10
En
0 0
10
20 30
40 50
60 70
80 90
100 110 120 130
Preguntas 1. Determine cuál de las siguientes disposiciones de planta es más económica. 38
2. ¿Se puede obtener una disposición de planta más económica que las dos propuestas anteriores? 3. ¿Qué problemas debe enfrentar la empresa a la hora de implementar la mejor disposición de planta?
39
CASO BANCO NACIONAL DES MOINES El Banco Nacional Des Moines (BND) ha finalizado recientemente la construcción de un nuevo edificio en la zona financiera de la ciudad. Trasladarse a un nuevo edifico proporciona la oportunidad de organizar los diferentes departamentos para optimizar la eficiencia y eficacia de las operaciones. Una operación básica del BND es su división de proceso de cheques. La división actúa como cámara de compensación para los cheques comerciales y personales. Estos cheques se reciben de los cajeros de la planta inferior, así como de otras pequeñas instituciones financieras que BND ha contratado para el proceso de cheques. Los cheques se ordenan para enviarse al banco propietario, empleando la información magnética de la parte inferior del cheque. El área de conciliación se asegura de que las entradas y salidas totales coinciden, y el área de créditos realiza los asientos correspondientes para completar la transacción. Finalmente, los cheques ordenados se empaquetan y se envían desde el área de distribución. El personal en esta división también es responsable de procesar los cheques del gobierno y del tratamiento de cualquier cheque devuelto que regresa al sistema. Debido a que estos cheques necesitan diferentes operaciones en su proceso, están colocados en otros departamentos, separados de los cheques comerciales, aunque están en el mismo piso. El ascensor de servicio sólo va de la planta baja al segundo piso, por lo que se ha decidido que el departamento de proceso de cheques se situará en el segundo piso del nuevo edificio de BND. El segundo piso está dividido en ocho salas de igual tamaño, como muestra la figura. (Les llamaremos salas, aunque no estén separadas por paredes). Cada sala tiene 75 de ancho x 75 de largo. Afortunadamente, esto no preocupa a la dirección del banco, ya que los ocho departamentos que deben colocarse en esta planta necesitan 5000 pies cuadrados, estas salas disponen de espacio adicional para el almacenaje y futuras ampliaciones. El flujo físico de los materiales –como el de los cheques que se procesan y los listados de computador de las áreas de conciliación y créditos- se producirá en los pasillos que van por el centro de las salas, tal como se muestra en la figura. Los cheques llegarán y se distribuirán por el ascensor de servicio, por lo que es necesario colocar el departamento de distribución en la sala que tiene el ascensor. No existen más restricciones físicas que exijan la colocación de un departamento en una sala determinada.
40
Plano de Planta del segundo piso del edificio BND
75 pies Ascensor Pasillos
El primer paso en este análisis fue determinar el flujo de trabajo entre los departamentos. Los datos recogidos de varias semanas determinaron el tráfico medio diario, medido como número de viajes entre departamentos. Aunque hay alguna fluctuación en el número de cheques procesados durante diferentes días de la semana, esta media proporciona una buena estimación del flujo de trabajo entre cada par de departamentos. Una revisión de los datos del flujo de trabajo reveló que había importantes relaciones que no se consideraron. Por ejemplo, aunque no hay flujos de material directos entre el área que ordena los cheques comerciales y el área de cheques gubernamentales, éstas emplean el mismo tipo de equipo. Este equipo es muy ruidoso y requiere un muro que aísle el ruido. Por tanto, es necesario mantener todo este equipo junto para minimizar los costes de construcción. También, debido a este ruido, es deseable mantener este departamento alejado de áreas que requieren concentración, como la de conciliación y las oficinas. Para tener en cuenta este tipo de problemas, se establecieron ratios de proximidad para cada par de departamentos, empleando el siguiente esquema de ratios: A – Absolutamente necesario. E – Especialmente importante. I – Importante. O – Proximidad ordinaria OK. U – No importante. X – No deseable. La tabla proporciona la media diaria de flujo de trabajo entre departamentos en la parte superior derecha y los ratios de proximidad en la parte inferior izquierda. Por ejemplo, el flujo de trabajo entre el área que ordena los cheques y la que los concilia es 50 unidades diarias, y existe una ratio de proximidad de X. 41
Departamento 1. Ordenación de cheques 2. Conciliación de cheques 3. Acreditación de cheques 4. Distribución de cheques 5. Cheques del gobierno 6. Cheques devueltos 7. Ajuste de créditos 8. Oficinas
1 X X U A U X X
2 50 A U U U A I
3 4 5 6 7 8 0 250 0 0 0 0 50 0 0 0 0 0 - 0 0 0 0 10 U - 40 60 0 0 U E - 0 0 0 U E U - 12 0 A U U E - 10 I U O O I -
Preguntas de discusión 1. Desarrolle un layout que minimice el flujo de trabajo total. 2. Desarrolle un layout empleando las relaciones definidas por los ratios de proximidad. 3. Desarrolle un layout que considere a la vez el flujo de trabajo y las relaciones de proximidad entre departamentos. 4. Comentar los diferentes layouts desarrolados. 5. Discuta otros factores que deberían considerarse cuando se desarrolla un layout para la división de proceso de cheques. Caso extractado del libro: Dirección de la Producción. Decisiones Estratégicas. Jay Heizer y Barry Render. Cuarta edición. Prentice Hall. 1998.
42
CASO SONOGRAPHIC SOUND SYSTEMS, INC. SSS es una pequeña empresa manufacturera local de fonógrafos de alta calidad. Durante dos años SSS ha producido sus fonógrafos portátiles más económicos en un turno de ocho horas, a razón de 84 unidades día. La dirección está satisfecha con la capacidad que tiene la planta, pero está preocupada con la eficiencia de la mano de obra de su línea principal de ensamble. Fred Regos, el gerente de operaciones, pidió a su ingeniero industrial que le recomendara un rediseño de la línea de ensamble, porque el presidente estableció como meta incrementar la utilización de la mano de obra sin disminuir el ritmo de producción. Esta meta se debe lograr junto con una más amplia, o sea reducir 10% el costo en las instalaciones de producción. La línea de ensamble normalmente tiene siete estaciones, en donde se realizan 10 actividades en total. Las descripciones de las actividades, los tiempos y las relaciones de precedencia son las siguientes: Actividad A B C D E F G H I J
Descripción
Predecesores Tiempo de inmediatos la actividad (minutos) Carga del marco del chasis 1 Inserción del ensamble de las velocidades en A 2 el marco Instalación del motor eléctrico en el marco A 4 Ensamblado del vástago de la tornamesa con B 2 el engrane de velocidades Ensamble de las bandas de hule de B 1 transmisión al engrande de las velocidades Montar, ajustar y apretar el mecanismo de la D 5 tornamesa al vástago Interconexión del engrane de las velocidades C, E 1 y de motor Instalación de la tornamesa F, G 3 Instalación del ensamble del brazo G 4 Instalación y ajuste de la cubierta H, I 3
El personal y la línea de ensamble existentes son: Estación Trabajo Trabajador
1 A, B Alicia
2 D, E Tomás
3 C, G Guillermo
4 F Deborah
5 H Samuel
6 I Clarisa
7 J David
43
Todos los empleados han estado con la SSS durante dos años o más. Tomás piensa que tiene el tiempo en sus manos y disfruta platicando con Alicia. En su tiempo en SSS Samuel nunca ha trabajado en otra estación. Aun cuando a Guillermo no le gusta realizar la actividad G, siente un gran orgullo por su habilidad para hacer el trabajo C. Clarisa y David están de acuerdo en que sus puestos tienden a ser aburridos.
Preguntas 1. ¿Qué cambios recomendaría a Fred Regos? 2. ¿Qué reacciones frente a esos cambios esperaría de los trabajadores de la línea? Caso extractado del libro: “Administración de la Producción y las Operaciones”, de
Everett E. Adam Jr. Y Ronald J. Ebert, Cuarta Edición, Prentice Hall, 1991.
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CASO TECNOLOGÍA DE GRUPOS: IMPORTANCIA DE LAS OPERACIONES COINCIDENTES Caso extractado de: Justo a Tiempo, escrita por Edward J. Hay. Capítulo 5, pgs. 79114 Editorial Norma, Barcelona. Bogotá. Reproducida en el INCAE, para servir como base de discusión en clase, más que como ilustración del manejo eficaz o ineficaz de una situación administrativa. Alajuela, Costa Rica. Enero de 1993. La expresión tecnología de grupos se emplea en relación con el ordenamiento físico, la disposición y la localización de las máquinas en una instalación fabril. Es un término rebuscado que nos llega de la industria europea, y trae a la mente imágenes de codificaciones especiales y programas de computador muy particulares con capacidad para clasificar millares de piezas y componentes en grupos o familias lógicas de productos. En la filosofía JIT, el término “tecnología de grupos” tiene un significado mucho menos
complejo. Una definición más apropiada de tecnología de grupos para el ordenamiento y disposición de la maquinaria que se plantean en la producción JIT, incluiría las palabras “operaciones coincidentes” y “celdas de trabajo” o “celdas de maquinaria”.
La manera tradicional de organizar una instalación fabril es por departamentos especializados, cada uno de ellos en un tipo de equipo o tecnología, como lo muestra la figura 1. Departamento de má uina tornillos
Departamento de rectificado
Departamento de fresado
Departamento de taladro rosca
Figura 1. Departamentos especializados Todas las máquinas de tornillo están en un departamento, todas las rectificadoras en otro, el fresado se hace en otra zona y el trabajo de taladro y rosca en otra zona 45
diferente. El ejemplo es tomado de un taller de fabricación de metales, pero la situación existe en la industria electrónica, en la farmacéutica, textiles, alimentos y prácticamente en todas. Cuando una fábrica está organizada por departamentos funcionales, la empresa siempre termina produciendo artículos por lotes. La operación 1 suele completarse para todo el lote antes de que el lote pase a la operación 2. Esto se contrapone a la manera como el JIT afirma que se deben producir los artículos. Ante todo, en la producción JIT es necesario que la fábrica se organice físicamente no por funciones sino por productos. La maquinaria se debe dedicar total o parcialmente a una familia de productos y se debe disponer en el orden en que van a cumplirse las operaciones para esa familia de productos, como lo muestra la figura 2. Centrada en el producto
Figura 2. La producción de artículos justo a tiempo
LAS VERDADERAS CELDAS DE TRABAJO JIT Los términos “tecnología de grupos” y “celdas de maquinaria” anteceden al JIT. El JIT
fija límites muy estrictos para una celda de maquinaria correctamente formada. En la mayoría de los casos, lo que en el pasado se ha organizado como celda de maquinaria no cumple los requisitos del JIT. Para saber si existe una verdadera celda JIT, se pueden efectuar dos pruebas. La primera prueba es si el producto va fluyendo uno cada vez de una máquina a otra. Muchas celdas de maquinaria en sus versiones más antiguas no pasaban esta prueba. Es cierto que el equipo estaba dedicado a una familia de productos y que físicamente se hallaba reunido, pero el artículo a menudo pasaba de una operación a la siguiente en lotes. La insistencia absoluta en la producción de un artículo cada vez, concuerda con nuestro tema repetitivo de la línea de ensamble de Henry Ford, aplicando en este caso 46
los principios de la línea de ensamble a operaciones de maquinaria o fabricación, como se muestra en la figura 3. Este flujo de un artículo cada vez, es lo que da lugar a las operaciones coincidentes. Se genera un flujo en que la operación 2 comienza tan pronto como sale la primera pieza de la operación 1. En realidad el lote se reduce a una pieza. La segunda prueba para saber si una celda de maquinaria es realmente una celda JIT, es si tiene la flexibilidad para operar a distintos ritmos de producción y con cuadrillas de diferentes tamaños (tiempo de ciclo). Línea de ensamble de Henry Ford Operación 1
Tornear
Operación 2
Rectificar
Operación 3
Fresar
Celdas de trabajo Producción de “uno cada vez”
Tiempo de ciclo Un operario, múltiples máquinas
Figura 3. Línea de ensamble de Henry Ford Las celdas de maquinaria tradicionales rara vez han tenido en cuenta la flexibilidad. Se han ordenado y operado a un mismo nivel de producción: el máximo por hora que el equipo es capaz de producir. Es necesario que las celdas de trabajo JIT sean ajustables para que puedan producir al ritmo exigido por la operación o por el cliente que ellas alimentan, reconociendo que el cliente va a reajustar su reóstato imaginario cada mes. Una vez establecida la celda de trabajo JIT, es preciso formular dos preguntas. 1. ¿Qué necesitamos que la celda de trabajo entregue durante este periodo de producción? 2. ¿Cuántos operarios se necesitan en esa celda de trabajo a fin de obtener exactamente el volumen de producto que se requiere? Obsérvese que ninguna de estas preguntas es la tradicional: ¿Con qué rapidez puede producir esta celda de trabajo? 47
Si esta celda de trabajo por ejemplo, produce un componente para la línea de ensamble, entonces la respuesta a la pregunta ¿qué necesitamos que la celda de trabajo entregue durante este periodo de producción? Sería: una pieza cada 18 segundos. El siguiente paso sería determinar cuántos operarios se necesitan para producir una pieza cada 18 segundos.
MÚLTIPLES MÁQUINAS Al preguntar primero qué se necesita y luego cuántos operarios son necesarios en determinado mes para cumplir los requisitos de producción de este mes, establecemos el concepto JIT de “un operario, múltiples máquinas”.
A primera vista, esto no parece apartarse mucho de la fabricación tradicional. Actualmente hay muchas empresas en los Estados Unidos en donde cada uno de sus operarios tiene a su cargo más de una máquina. Sin embargo, en la mayoría de los casos la costumbre es que el operario maneje dos, tres o cuatro máquinas análogas, y por lo general, cada máquina se dedica a fabricar una pieza distinta. En una celda de trabajo JIT, un operario maneja dos, tres o cuatro máquinas diferentes que hacen operaciones en la misma pieza, pasando la pieza de una operación a otra en secuencia de una cada vez. Las celdas de trabajo exigen dedicación exclusiva de las máquinas en teoría, pero en la práctica hay maneras de evadir la dedicación exclusiva de una máquina, si esto implica la necesidad de comprar máquinas adicionales para hacer otros trabajos. Una manera de evitar este problema es mediante la dedicación parcial. Eso significa colocar físicamente una máquina en una celda de trabajo, pero usarla en esa celda durante una parte del día solamente. El resto del día, la máquina puede programarse independientemente, como si no formara parte de la celda. La segunda manera de mantener la flexibilidad de los equipos es crear celdas de trabajo temporales: se forman para cumplir requerimientos específicos o esporádicos, y luego se deshacen. Obviamente esto resulta práctico solamente si los equipos son pequeños y fáciles de trasladar. Cuando realmente no hay suficientes máquinas para todo, se puede aplicar otra técnica LIT: el sistema de jalar o de las operaciones eslabonadas, de tal modo que una máquina parece estar en dos o tres celdas.
EL OPERARIO EN MOVIMIENTO Cuando el operario pasa el producto uno cada vez, de una operación a la siguiente, necesariamente tiene que estarse moviendo (figura 4). Este concepto origina varios beneficios, la salud mejora y la mente se conserva más despierta. 48
De ordinario los operarios permanecen sentados. No obstante, los estudios demuestran que la salud y la viveza mental se benefician cuando los operarios permanecen de pie, o mejor aún, cuando pueden dar uno o dos pasos. El estado de alerta mental repercute en la seguridad y en la calidad del producto. Además el operario sentado solamente alcanza cosas dentro de un radio muy pequeño, y al estar de pie aumenta su alcance considerablemente. Dar el paso y alargar la mano suceden simultáneamente, por lo cual no se incurre en pérdida de tiempo y se aumenta la flexibilidad. Materia prima
OPN 1
OPN 2
Unidades terminadas
OPN 4
OPN 3
Figura 4. Operario en Movimiento El operario en movimiento también trae otros beneficios. En la producción típica por lotes, a un operario se le paga para que coloque artículos en un recipiente después de cada operación. Cuando el recipiente se llena o cuando se acaba el lote, se le paga a un conductor de camión montacargas para que lo traslade a otro lugar de la instalación, donde se someterá a la siguiente operación. En la celda JIT el operario saca el material de la primera máquina y lo coloca directamente en la siguiente. Otro beneficio es que cada operación sucesiva suele constituir una inspección del 100% de la operación anterior, con lo cual se elimina la necesidad de un inspector.
ORDENAMIENTO FLEXIBLE La clave para poner en marcha el concepto de ciclo de tiempo está en hacer flexible el tamaño de la cuadrilla. Hay, a su vez, dos claves para lograr esta flexibilidad sin tener que sacrificar la eficiencia: la flexibilidad laboral y el ordenamiento específico y flexible.
ORDENAMIENTO DE LÍNEAS EN U El principio del ordenamiento flexible se aplica igualmente al rediseño de líneas de ensamble y a la formación de celdas de trabajo con operaciones que nunca antes se habían reunido. La figura 5 ofrece el tipo más conocido de este tipo de ordenamiento: La línea U. 49
La magia de este tipo de ordenamiento no radica en la forma U, sino en el hecho de que los operarios se sitúan físicamente juntos; lado a lado, espalda contra espalda. La cercanía entre unos y otros no es mucha como para que se irriten u obstaculicen. Todo el trabajo que ha de cumplirse en esta celda se encuentra disponible en un área central delimitada, de esta manera el número de operarios que se necesitan es flexible. En cada periodo de producción se puede formular de nuevo la pregunta: ¿cuántos operarios hay que asignar a esta área central delimitada a fin de obtener la producción necesaria? En esta línea, si en determinado mes se necesita la producción equivalente de seis operarios y el mes siguiente sólo se necesita el volumen de tres operarios debido a un cambio en la demanda, entonces se pueden asignar tres personas a la misma línea para que hagan el trabajo, porque todo está disponible en un área central. Flujo de piezas Operario 1
Operario 2
Operario 3
Operario 4
Operario 8
Operario 7
Operario 6
Operario 5
Flujo de piezas Operario 1
Operario 3 Operario 2
Figura 5. Celdas de trabajo: Ordenamiento de Línea en U En una línea recta, es difícil repartir entre tres operarios el trabajo de seis. Al trabajar éstos apenas lado a lado, la única opción es que el operario 1 cumpla el trabajo de los operarios 1 y 2, en cuyo caso regresaría con las manos vacías a comenzar el siguiente ciclo, y esto es ineficiente. Si el ordenamiento es tal que los operarios también pueden colocarse espalda contra espalda, se abre una opción mejor. El operario puede cumplir la operación 1 y la operación 6. Su movilidad de 360 grados le permite asumir todas las tareas que estén a su alcance. 50
ORDENAMIENTO DE CELDAS DE TRABAJO ESTUDIO DE UN CASO En cierta ocasión, colaboré con una empresa a la cual hacía mensualmente una visita de dos días. No estaban poniendo en marcha una metodología JIT en gran escala, sino que estábamos ensayando diferentes técnicas JIT. Habíamos hecho algo en materia de agilizar el alistamiento de las máquinas, un sistema de jalar y otras cosas. Entonces quisieron ensayar celdas de trabajo. La empresa era de orientación tradicional, en el sentido de que tenía todo el fresado en un departamento, el taladro y la formación de roscas en otro, etc. Se quería allí comenzar a aprender de la mejor manera posible, cómo formar celdas de trabajo JIT. Como yo conocía sus operaciones, les advertí que si bien había especialidades por departamentos, también había muchas máquinas dedicadas a hacer piezas o familias de piezas específicas. Les aconsejé que buscaran ejemplos de piezas para las cuales ya se estuvieran cumpliendo cuatro o cinco operaciones en secuencia con equipos dedicados a aquella pieza o familia. Esta es la manera más fácil de comenzar, sin tener que preocuparse por competir por la capacidad. Me ausenté durante un mes, pensando que no harían otra cosa que identificar esas máquinas y que a mi regreso hablaríamos de los siguientes pasos, que serían cambiar el sitio de las máquinas, disponerlas de otra manera, etc. Sin embargo, se trataba de una empresa muy activa y llena de vitalidad. Fueron mucho más allá de lo que yo esperaba, y en corto tiempo ya tenían tres celdas de trabajo operando en cierta forma. Cuando regresé, algunas personas salieron a recibirme a la entrada de la fábrica. Tenían buenas noticias, pero también problemas y necesitaban ayuda. La primera noticia buena era que el manejo de materiales se había reducido de tal manera, gracias a las tres celdas de trabajo, que la empresa iba a vender un camión montacargas. La segunda se refería concretamente a una de las celdas de trabajo que se habían formado. Me llevaron a ver su funcionamiento. La empresa se había dado cuenta de que al separar las máquinas en diferentes departamentos, el tiempo necesario para que las piezas pasaran por todas estas operaciones era de tres semanas. Lo descubrieron porque al ir a mover las máquinas y colocarlas en una celda de trabajo, encontraron un inventario de trabajo en proceso para tres semanas. Con las celdas de trabajo habría mucho menos, pero no sabían aún cuánto menos. La celda de trabajo que me mostraron (figura 6) comenzaba con tres máquinas, cada una con su operario. Las piezas bajaban por una canaleta desde la primera máquina hasta la segunda, y por otra canaleta, hasta la tercera. En la tercera máquina, las 51
piezas se acumulaban en un arcón. Cuando éste se llenaba, se trasladaba a una cuarta máquina, que era un banco de clasificación. Este banco estaba a un lado, con un operario que cumplía la operación de ensamble y otro que hacía inspección del 100%. La primera noticia mala venía del departamento de contabilidad de costos. Sus funcionarios se quejaban de que los costos se habían enloquecido. Se había sacado una máquina del departamento 1, donde el índice de gastos generales era del 320 %. Se había sacado otra del departamento 6, donde el índice era de 480%. Estas dos máquinas, junto con dos más, se habían colocado en una zona con gastos generales del 800%. El departamento de contabilidad de costos temía que la operación perdiera dinero.
Máquina 3
Arcón
Banco de clasificación
Operario 3
Máquina 2
Operario 4
Operario 5
Operario 2
Máquina 1 Operario 1
Figura 6: Primera Celda de Manufactura Este problema, naturalmente, no me incumbía a mí. Me niego a tomar en serio la afirmación de que al levantar una máquina y correrla unos metros más allá, se produce un cambio en los costos. Lo que se necesitaba era simplemente que la fábrica instruyera al departamento de contabilidad de costos. Pero quisieron informarme. El verdadero problema, según me dijeron, era de equilibrio. Las dos primeras máquinas producían a razón de 700 por hora, la tercera a 600 por hora, y la cuarta (Banco de clasificación) a 450 por hora. A los dos operarios de las dos primeras les iba muy bien, pero la operaria de la tercera máquina estaba trabajando a su máxima velocidad, mirando constantemente tras de sí la pila de piezas que se iba acumulando. Ella, a su vez, estaba abrumando a la cuarta máquina. Necesitaban saber qué referencia tomar 52
para establecer el equilibrio. La respuesta desde luego tiene que ver con el ciclo de tiempo. Esa noche, el capataz se fue a repasar el folleto sobre ciclo de tiempo. Al día siguiente informó que necesitaba 20000 piezas semanales y que la mejor manera de conseguirlas era con el equipo funcionando en dos turnos. Según el principio de ciclo de tiempo, esto significaba producir 250 piezas por hora, o para estar seguros, 300 piezas por hora; una cada 12 segundos. Al desacelerar el banco de clasificación a 300 piezas por hora, bastaría un operario para realizar tanto el ensamble como la inspección en 12 segundos. El siguiente paso era juntar las tres máquinas restantes en forma de U y reducir también su ritmo a 300 piezas por hora. Pero un operario no alcanzaba a efectuar las tres operaciones en 12 segundos. Además, el banco de clasificación todavía estaba demasiado lejos de las otras tres máquinas. Propuse que acercaran lo más posible el banco de clasificación y que situaran a la operaria hacia el centro de la celda de trabajo (figura 7). El trabajo en el banco de clasificación seguía siendo fácil, por lo cual la operaria podía tomar las piezas de la tercera máquina; esto reducía el trabajo del primer operario y le permitía a éste cumplir las demás labores en 12 segundos. El último paso era asegurar que hubiese cooperación. Si los dos operarios tenían flexibilidad, podrían intercambiar labores de vez en cuando, alternando así el trabajo fácil con el más exigente.
Máquina 3 (300 piezas/h)
Máquina 2 (300 piezas/h)
Banco de clasificación (300 piezas/h)
Operario 2 Operario 1
Máquina 1 (300 piezas/h)
Figura 7: Reubicación de máquinas de la celda de trabajo Me ausenté durante un mes. Cuando regresé, me estaban esperando con la misma historia: buenas y malas noticias. 53
Las buenas: en el mes en que la celda de trabajo había estado funcionando los problemas de calidad y los costos se habían reducido un 80%. Anteriormente los problemas de calidad de la operación 1 pasaban inadvertidos hasta llegar al procedimiento del banco de clasificación tres semanas más tarde, y para entonces ya había entre 20000 y 60000 piezas en proceso que tenían que seleccionarse, rehacerse o desecharse. Ahora estos problemas de calidad se detectaban a los 24 segundos y ya no había un inventario de 60000 piezas dudosas, sino dos o tres como máximo. Había más noticias buenas: el tiempo de producción de un artículo disminuyó de tres semanas a 24 segundos. En realidad, este es un juego de números. El tiempo de producción fue en verdad de una semana: el tiempo necesario para producir la cantidad para una semana. Pero había más noticias buenas respecto del tiempo de producción y sus repercusiones en el inventario. El inventario en cualquier momento dado se había reducido a media semana (10000 piezas) en vez de tres semanas (60000 piezas). Otra noticia buena era que el principal cliente de la empresa había solicitado la entrega justo a tiempo; entrega diaria de la cantidad de artículos necesaria para cada día. La empresa ya estaba fabricando cada día, pero hacía los despachos una vez a la semana. El comprador, pues, había aceptado eliminarle una buena parte de sus existencias. Ahora el inventario al final de cada día no es de 60000 piezas, ni de 10000, sino de cero. El departamento de compras y el de programación también estaban de plácemes, pues ya no tenían que entregar 20000 piezas cada lunes por la mañana. El departamento de compras tenía flexibilidad para conseguir la cantidad de cada día, siempre y cuando encontrara una manera económica de hacerlo. Sin embargo, también había algunas malas noticias. Algunos miembros del departamento de producción dudaban de la eficiencia de la celda. Por ejemplo, el gerente del departamento 1, al cual antes pertenecía la primera máquina, andaba refunfuñando: “cuando la máquina era mía, yo producía 700 por hora. Ustedes no producen sino 300. Me parece un desperdicio”.
Cuando se preguntaba si todos estaban recibiendo lo necesario de la máquina, la respuesta –a regañadientes- era afirmativa. Les molestaba que la máquina estuviera trabajando a menos de su capacidad. Les era difícil acomodarse a la idea de producir al ritmo de la demanda y no al ritmo de la capacidad de la máquina, como suele sucederle a la gente que tiene la mentalidad tradicional del fabricante. El departamento de producción también expresó su inquietud porque con la interdependencia de las máquinas en la producción uno cada vez, una falla de una máquina significaría la paralización de toda la celda. 54
En realidad, esta no es una mala noticia; es parte de la filosofía JIT. Si una máquina falla, es preciso darle solución permanente al problema. De acuerdo con el sistema tradicional en occidente, los problemas no se resuelven sino que se amortiguan por medio de existencias. A la máquina se le aplican “paños tibios” y pronto vuelve a fallar.
Ahora bien, la mayoría de las personas piensan que lo peor que se puede hacer es detener la línea, pero en realidad hay dos cosas peores que detener la línea: 1) fabricar otra pieza defectuosa y 2) que suceda una falla y no se aproveche la oportunidad para resolver permanentemente el problema.
CONTABILIDAD DE COSTOS Y NORMAS Las malas noticias no habían terminado. Ahora venían otra vez del departamento de contabilidad de costos. Este amenazaba con registrar variaciones desfavorables, porque la celda de maquinaria estaba fabricando 300 piezas por hora con una máquina que tenía un estándar de 700. Tuvimos que convencerlos de que era necesario revisar su sistema de medición y sus estándares, mas no las variaciones de la celda de trabajo. Les dimos un breve seminario sobre producción JIT, y luego los llevamos a ver la celda de trabajo. Les dijimos que les daríamos buenas razones para demostrar que la unidad que empleaba esa celda debería tener variaciones favorables. La demostración constó de 6 partes. 1. Se había vendido un camión montacargas. 2. El costo de calidad se había reducido en 80% para la pieza en cuestión. 3. El tiempo de fabricación se había rebajado de tres semanas a 24 segundos. 4. El inventario de trabajo en proceso se había reducido de 60000 piezas a cero. 5. Los inventarios de materiales comprados estaban bajando aproximadamente en un 80%. 6. Sumando el contenido laboral del estándar original –dos personas haciendo operaciones a razón de 700 por hora, una a 600 por hora y dos a 450 por hora- y comparando esto con el nuevo método en que dos personas hacían todas las operaciones a razón de 300 por hora, se veía que el contenido de mano de obra directa había disminuido en más del 25%. ¡Les advertí que no registraran variaciones desfavorables de ninguna clase para nadie! No había nada desfavorable, ¡todo era favorable!.
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ANÁLISIS DEL VALOR AGREGADO A continuación hay un ejemplo real de una celda de trabajo establecida recientemente por una empresa en el negocio del postmercado automovilístico. La celda incluye operaciones de maquinado, así como de ensamble, prueba y empaque. Como esta celda de trabajo fue organizada por una empresa de éxito, que tenía un programa de incentivos para trabajos a destajo bien concebido y estrictamente controlado, algunas personas no creían que se pudieran lograr mejoras en la mano de obra directa, e incluso pensaban que los cambios qu e haríamos al instituir una celda de trabajo podrían disminuir la eficiencia de la mano de obra directa. Pero la empresa tuvo el valor de experimentar, y los resultados fueron realmente asombrosos. Comenzamos por hacer un cuadro detallado del valor agregado (Tabla 1), el cual mostró que de un total de 187 pasos, solamente 13 (7%) realmente agregaban valor. De los 146 pasos originales hasta este punto en el proceso, se eliminaron 108 directamente gracias a la organización de una celda de trabajo y a la fabricación de uno cada vez en esa celda. Como la celda de trabajo redujo el tiempo de paso (Tabla 2), no se siguió fabricando el artículo según las proyecciones, sino según los pedidos, y se eliminaron otros 22 pasos del proceso de almacenamiento y selección de pedidos. Además de reducir los pasos, las distancias recorridas, el inventario y el tiempo de fabricación, también se redujo la mano de obra directa en 36%, gracias a la simplificación de métodos, y al descubrimiento de que dos operaciones (cepillado/lavado e inspección/empaque) ya eran innecesarias. La mano de obra directa se eliminó, a excepción de los pasos de recepción y despacho.
Tabla 1 Actividades que agregan valor Traslados Espera/Almacenamiento Otros Total actividades Distancia recorrida Inventario de trabajo en proceso Tiempo de tránsito normal Tiempo de tránsito acelerado
Número 13 88 69 17 187
% del total 7 47 37 9 100 3519 pies 11500 piezas 4-6 semanas 2 semanas
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